操作系统孙晓那设备管理PPT学习教案.pptx

操作系统中的设备管理是确保计算机系统高效、稳定运行的关键部分，主要涉及设备的分配、设备映射、设备驱动、I/O缓冲区管理和设备控制等核心概念。 设备分配是操作系统的一项基本任务，它负责在多道程序环境中为申请设备的用户进程合理分配设备。操作系统通过特定的策略，如先来先服务、短作业优先等，来决定哪个进程可以使用哪种设备，同时还要跟踪设备的使用状态，防止资源冲突和浪费。 设备映射是实现设备无关性的关键技术。设备无关性使得应用程序可以独立于具体的物理设备进行操作，提高了软件的移植性和灵活性。逻辑设备是应用程序使用的抽象设备，而物理设备是实际存在的硬件。操作系统通过设备映射功能，将逻辑设备的引用转换为对相应物理设备的操作，使应用软件无需关心底层硬件的细节。 设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它接收来自上层软件的服务请求（如读写操作），并将其转化为对设备的低级控制指令。每个物理设备都需要对应的设备驱动程序，这些程序通常由设备制造商根据操作系统的要求编写，以便设备能被正确控制和管理。如果缺少合适的驱动程序，硬件可能无法在操作系统中正常使用。 I/O缓冲区管理是为了解决处理器和外部设备之间速度差异的问题，通过在内存中设置缓冲区来临时存储数据，提高数据传输效率和系统并行性。操作系统提供接口供进程申请和释放缓冲区，从而协调数据的读取和写入。 设备管理的分层模型有助于简化设计和维护。通用设备管理通常包括设备硬件无关层和设备硬件相关层。设备硬件无关层实现了如I/O缓冲区管理和设备映射等功能，与硬件设备的具体类型无关，而设备硬件相关层则提供了设备驱动，隐藏了硬件操作的复杂性，两者共同协作完成设备管理。 支持中断的设备管理模型进一步细化了这一过程，当设备完成操作时，会触发中断，操作系统通过中断管理模块响应，进而通知用户进程，实现设备操作的异步处理。 计算机I/O子系统有多种架构，如总线型、通道型和带有控制器的结构。总线型I/O系统中，处理机直接通过总线与各个设备通信；通道型I/O系统引入了I/O通道，处理机通过通道与设备交互，减轻了CPU的负担；控制器型I/O系统中，控制器作为独立部件，可以控制多个设备，提高资源利用率。 总结来说，操作系统设备管理涵盖了设备的分配策略、设备无关性实现、设备驱动程序、I/O缓冲区管理和分层模型等多个方面，这些都是保证系统性能和用户便利性的重要组成部分。